Імпульсні системи автоматичного керування. Визначення, особливості, призначення, класифікація, достоїнства й недоліки

Импульсные системы — это системы, в которых имеются сигналы, квантованные по времени (См. § 11-1). Большинство замк­нутых импульсных САУ. можно представить, как показано па рис. 42-1. Здесь НП — непрерывная часть системы, а ИЭ — импульсный элемент. Импульс­ный элемент осуществляет квантование непрерывного сигнала X по времени, преоб­разуя его, таким образом, в дискретный сигнал У. На рис 12-1 приведен возмож­ный ряд сигналов на входе и выходе импульсного эле­мента. Проходя непрерывную часть, дискретный сигнал сглаживается и превращает­ся опять в непрерывный сигнал.

Возможны и более слож­ные импульсные САУ, содержащие несколько импульсных алиментов, однако мы ограничим свое рассмотрение системами с одним импульсным элементом. Кванто­вание, осуществляемое импульсным элементом в виде преобразо­вания непрерывного сигнала в последовательность импульсов, называется импульсной модуляцией. Она заклю­чается в изменении одного uз параметров выходных импульсов (модулируемого параметра) и функции величины входного сиг­нала (модулирующего сигнала). Модулируемым параметром для последователь поста импульсов на выходе импульсного элемента может быть высота или амплитуда импульса, его ширина и период повторения импульсов. Соответственно существуют три вида им­пульсной модуляции: амплитудно-импульсная модуляция (АИМ), широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и время-импульсная мо­дуляция (ВИМ). Последняя, в свою очередь, подразделяется на фазо-импульсную модуляцию (ФИМ) и частотно-импульсную мо­дуляцию (ЧИМ). Во всех случаях форма импульсов в процессе модуляции принимается неизменной.

Рис. 12-2 поясняет сущность каждого вида модуляции. При АИМ (рис. 12-2, б) модулируемым параметром, зависящим от значения входного сигнала X в начале очередного периода Т_и повторения импульсов, является высота (амплитуда) импульсов. (Заметим, что изображенный на рис. 11-1, в квантованный по времени сигнал представляет собой тоже амплитудно-модулированный сигнал при ширине импульсов, равной периоду их по­вторения.) При ШИМ (рис. 12-2, в) моду­лируемым параметром является ширина Т_и импульса, а при ФИМ (рис. 12-2, г) — запаздывание Т_а импульса относительно начала периода. В случае ЧИМ (на рис. 12-2 не показана) модулируемым парамет­ром, изменяющимся в функции величины X, является чистота следования импульсов.

По виду модуляции импульсные САУ делятся соответственно на амплитудно-импульсные, широтно-импульсные и т. д. Основное распространение получили ам­плитудно-импульсные, затем широтно-импульсные системы. Поэтому в дальней­шем будем ориентироваться на них.

Импульсный элемент может входить в любое функциональное звено управляю­щего устройства или принадлежать объек­ту управлений.

Основные достоинства импульсных САУ обусловлены прерывистым характером пе­редачи сигналов между отдельными частя­ми системы и состоят в возможности многоточечного управления, многократного использования линий связи, а также в по­вышенной помехозащищенности.

Первое достоинство заключается в том, что с помощью одного управляющего ус­тройства импульсного действия можно управлять несколькими объектами путем циклического подключе­ния этого управляющего устройства последовательно к каждому из объектов. Промежуток между двумя очередными импульсами, по­ступающими на один и тот же объект, используется для обмена дискретными сигналами с каждым из остальных объектов. В резуль­тате система управления всеми объектами в делом существенно упрощается по сравнению со случаем применения для каждого объекта отдельного управляющего устройства- Примером такой системы многоточечного управления явля­ется система регулирования температуры большого числа (десятков) прессов горячей вулканизации С помощью одного регу­лятора. Каждый пресс снабжен термопарой, выявляющей темпе­ратуру» ^и исполнительным реле, контакты которого включены _в цепь питания электроподогревателя. С помощью шагового распределителя происходит «о бегание» регулятором всех прессов, при подключении к каждому на которых регулятор либо включает, либо выключает нагрев в зависимости от величины температуры.

Возможность многократного использования одного канала связи для управления несколькими объектами, удаленными от места нахождения управляющих устройств импульсного действии, основана на том же принципе последова­тельного соединения объектов и соответствующих управляющих устройств линий связи с помощью синхронно действующих на обоих концах линии шаговых распределителей.

Повышенная помехозащищенность импульсных систем обу­словлена возможностью передавать информацию в виде очень ко­ротких импульсов, в промежутке между которыми система ока­зывается разомкнутой и не реагирует на внешние возмущения.

В ряде случаев системы являются импульсными вне зависи­мости от указанных их достоинств — просто в связи с принципом действия отдельных частей системы. Сюда относятся САУ, вклю­чающие радиолокаторы, высотомеры импульсного действия и т. п.